接近开关简介

数控机床控制系统中的传感器介绍

摘要： 由于高精度、高速度、高效率及安全可靠的特点，数控系统在装备制造业中的应用越来越广泛，数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床，能够根据已编好的程序，使机床动作并加工零件。它综合了机械、自动化、计算机、测量等最新技术，使用了多种传感器，本文从位移、位置、速度、压力、温度以及刀具磨损监控等方面论述了在数控机床控制系统中用到的传感器。

1、数控系统简介

数控系统也称为计算机数控系统（CNC），是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。 数控系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置（CNC装置）、可编程逻辑控制器、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置（包括检测装置）等组成。由于使用了计算机，系统具有了软件功能，又用PLC代替了传统的机床电器逻辑控制装置，使系统更小巧，其灵活性、通用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维护也方便，并具有与上位机连接及进行远程通信的功能。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。它综合了机械、自动化、计算机、测量、等新技术，使用了多种传感器 ，本文介绍的是数控系统中各个部分所用到的传感器。

2、传感器简介

传感器是一种能承受规定的被测量，能够把被测量（如物理量、化学量、生物量等）变换为另一种与之有确定对应关系并且容易测量的量（通常为电学量）的装置。它是一种获得信息的重要手段，它所获得信息的正确与否，关系到整个检测系统的精度，因而在非电量检测系统中占有重要地位。传感器的原理各种各样，其种类十分繁多，分类标准不一样，叫法也不一样。常见的有电阻传感器、电感式传感器、 电容式传感器、温度传感器等。

作为应用在数控系统中的传感器应满足以下一些要求： （1）传感器应该具有比较高的可靠性和较强 的抗干扰性。 （2）传感器应该满足数控机床在加工上的精度和速度的要求。（3）传感器在使用时应该具有维护方便、适合机床运行环境的特点。（4）应用在数控机床上的传感器的成本应该相对较低。不同种类的数控机床对传感器的要求也不尽相同，一般来说，大型机床要求速度响应高，中型和高精度数控机床以要求精度为主。 3、位移检测传感器

接近开关的选型

对于不同的材质的检测体和不同的检测距离，应选用不同类型的接近开关，以使其在系统中具有高的性能价格比，为此在选型中应遵循以下原则：

4.1.1.当检测体为金属材料时，应选用高频振荡型接近开关，该类型接近开关对铁镍、a3钢类检测体检测最灵敏。对铝、黄铜和不锈钢类检测体，其检测灵敏度就低。

4.1.2.当检测体为非金属材料时，如；木材、纸张、塑料、玻璃和水等，应选用电容型接近开关。

4.1.3.金属体和非金属要进行远距离检测和控制时，应选用光电型接近开关或超声波型接近开关。

4.1.4.对于检测体为金属时，若检测灵敏度要求不高时，可选用价格低廉的磁性接近开关或霍尔式接近开关。

在各类开关中，有一种对接近它物件有“感知”能力的元件——位移传感器。利用位移传感器对接近物体的敏感特性达到控制开关通或断的目的，这就是接近开关。

当有物体移向接近开关，并接近到一定距离时，位移传感器才有“感知”，开关才会动作。通常把这个距离叫“检出距离”。不同的接近开关检出距离也不同。

有时被检测验物体是按一定的时间间隔，一个接一个地移向接近开关，又一个一个地离开，这样不断地重复。不同的接近开关，对检测对象的响应能力是不同的。这种响应特性被称为“响应频率”。

种类

因为位移传感器可以根据不同的原理和不同的方法做成，而不同的位移传感器对物体的“感知”方法也不同，所以常见的接近开关有以下几种：

1． 涡流式接近开关

这种开关有时也叫电感式接近开关。它是利用导电物体在接近这个能产生电磁场

接近开关时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用到接近开关，使开关内部电路参数发生变化，由此识别出有无导电物体移近，进而控制开关的通或断。这种接近开关所能检测的物体必须是导电体。

2． 电容式接近开关

这种开关的测量通常是构成电容器的一个极板，而另一个极板是开关的外壳。这个外壳在测量过程中通常是接地或与设备的机壳相连接。当有物体移向接近开关时，不论它是否为导体，由于它的接近，总要使电容的介电常数发生变化，从而使电容量发生变化，使得和测量头相连的电路状态也随之发生变化，由此便可控制开关的接通或断开。这种接近开关检测的对象，不限于导体，可以绝缘的液体或粉状物等。

图1-3 霍尔元件!知识目标： 掌握接近开关的基本工作原理，了解各种接近开关的环境特性及使用方法，掌握应用接近开 T丨关进行工业技术检测的方法

教学 ■

口h I能力目标： 对不同接近开关进行敏感性检测，使用霍尔接近开关完成转动次数的测量。

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教学

重点

.■该学…t 难点 i接近开关的基本工作原理

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- --一一 ^—--十一- — —一一-一-一一--- — 一-- . - — - - _-一- --- 教学］理实一体 千輕丨实物讲解 手段!小组讨论、协作 接近开关的应用

教学!

学时丨10

教学 内容与 教学过 程设计

1理论学习〗 项目一开关量检测

任务一认识接近开关

一、霍尔效应型接近开关

1.霍尔效应

霍尔效应的产生是由于运动电荷在磁场作用下受到洛仑兹力作用的结果。 把N型半导体薄片放在磁场中， 通以固定方向的电流i图1-2霍尔效应

么半导体中的载流子（电子）将沿着与电流方向相反的方向运动。 如图1-2所示，i

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（从a点至b点），那\

I讲解霍尔效应基 i本原理，及霍尔电

I动势。

2.霍尔元件

霍尔元件的结构简单，由霍尔片、四根引线和壳体组成，如图 1-3 所示。 —H ■ — — = H H H — H ■ ■ H H H H — H I

3. 霍尔原件的性能参数

1）额定激励电流

2） 灵敏度KH

3） 输入电阻和输出电阻

4） 不等位电动势和不等位电阻

5） 寄生直流电动势

6） 霍尔电动势温度系数

4. 霍尔开关

霍尔开关是在霍尔效应原理的基础上，利用集成封装和组装工艺制作而成，可把磁输入 信号转换成实际应用中的电信号，同时具备工业场合实际应用易操作和可靠性的要求。

图1-6霍尔开关

5. 霍尔传感器的应用

1）霍尔式位移传感器

霍尔元件具有结构简单、体积小、动态特性好和寿命长的优点， 有功功率及电能参数的测量，也在位移测量中得到广泛应用。

图尔克接近开关型号：

接近开关NI10-K20SK-AZ3X

接近开关 NI20U-P30SK-AP6X

接近开关 NI5-P12SK-Y1X

接近开关 BI3U-P12SK-AN6X

接近开关 BI5-P18SK-AP6X

接近开关 NI10-K20SK-AN6X

接近开关BI5U-EG18SK-AP6X

接近开关 NI10-G18SK-AN6X

接近开关 BI2-EG12SK-Y1X

接近开关NI8U-EG12SK-VN4X

接近开关 NI12U-EG18SK-AP6X

接近开关 NI20U-P30SK-AN6X

接近开关 BI3U-EG12SK-VN4X

接近开关NI12U-EG18SK-AN6X

接近开关BI3U-P12SK-AP6X

接近开关 NI20U-EG30SK-AP6X

接近开关NI12U-P18SK-AP6X

接近开关 BI10-G30SK-AP6X

接近开关 NI15U-EM18WDTC-AP6X

接近开关NI15-P30SR-AP6X

接近开关BI5U-P18SK-AN6X

接近开关BI5-G18SK-AP6X

接近开关 NI5-G12SK-AP6X

接近开关 NI20U-EG30SK-VN4X

接近开关NI10-K20-AP6X

接近开关NI30U-EM30WDTC-AP6X

接近开关BI2-G12SK-AP6X

接近开关BI10-P30SR-AN6X

接近开关 BI5U-EG18SK-AN6X

接近开关 NI5-G12SK-AN6X

接近开关 NI12U-EG18SK-VP4X

接近开关 NI5-P12SK-AP6X